クリップモーターの試作

今回はモーターの原理を確かめるべく、文房具のクリップと、ホワイトボードの磁石、電源はUSBケーブルの5Vにして、エナメル線をコイル状に巻いて、モーターのようにひとりでに動きがあるかを試してみることにした。検索してみると、コイルのグルグル巻きに電気を流すと磁界が発生してそれが電磁石になり、磁石と反発してそれが原動力になって動力が発生するようだ。ポイントになるのが、+曲のエナメル線はやすりで被覆をはがすが、-極は半分だけはがすことにあるようだ。回転子になるエナメル線は、ホワイトボードのマジックで赤と青に色分けして、赤をやすりで全部被覆を剥がし、青をやすりで半分だけはがした、クリップはUSBのDIP化端子にはんだ付けをする、電気はLEDが点灯するので、流れているが、回転子に磁石を近づけても手ごたえがない、調べるとコイルは乾電池くらいの円筒で巻く数は10回くらい、ちょうどボタンくらいの円形になる。磁石を変えることを検討してみたが、なかなかうまくいかない、クリップを交換してコイルを巻きなおす、今度はエナメル線の被覆をどちらも全部剥がすが、長さを-極だけ半分にしてみる。+極は被覆が剥がれた2本を捩って軸にして、-極では被覆が剥がれたものと、被覆がそのままの線を捩って軸にする。すると、磁石に反応してピクリと回転子が動き始めた。出力は安定しなかったのは、磁石の磁界と電磁石の磁界が微妙に変わっていると予想される。それまでは手で回転を促すように磁石に近付けていたが、だんだんとその場に生じた動きに委ねるようにする。LEDのランプは安定して付いているので、電流は安定している。クリップはステンレスで錆もなく、銅に比べると電気をやや通しにくいが、電極に材質には十分そうだ。またクリップが自立するように折り曲げて、エナメル線は被覆を剥がしても色が銅色で区別がつきにくい、エナメル線は軸にはややざらつきはあるが、捩るようにすることで電極の区別をつけた。トロイダルコイルを使って昇圧するときは、ブレッドボードに端子を抜き差しすることで、ONとOFFを切り替えて、電圧が少しづつ加わっている。まずは手を動かしながら、そこに手を動かさないで生じる動きを知りたかった。磁石の大きさと磁力が十分でないのか、回転はしなかったが、振り子のように動き出した。ある一定の周期があるようで、クリップの表面は比較的滑らかだが、エナメル線はやすりでざらざらになっていて、回転は滑らかではなかったが、まるでなにか生き物のようにも筋が動いていた。磁石をより強力なネオジム磁石にしようにもいまのところ用途が思いつかない。電気から磁界を生じて、それが動きに変わることが明らかになった。エナメル線を導線に活用していたが、その孤を描くような線をなにか動きに置き換えることで、普段見えなかった電気の概形が間接的にも垣間見えた。

まずはあり合わせのもので、モジュールを作ったけれど、整流子というモジュールはエナメル線とやすりの粒度では難しく、二本束ねたことで実現された。コイルとクリップと磁石ではなにかの原動力にするには、車輪の仕組みを整えて力の向きが、滑らかに循環するようにする必要がある。または、ラック&ピニオンギアのように、モーターの回転運動を直線運動に歯車で変換することで、ピストンの動きを再現することを試してみたい。エナメル線はエンジンの回転子と同じ材質でも、天然の磁石も併せて必要になるので、エナメル線は形状が固定しやすく、定格内ならまとまった電流も流せる導線として活用することが無駄がなく、シンプルだ。エナメルは半田で剥がれるようなUEWを使っている。半田を付けた部分だけが電気を通すようになり、安全性が担保される。モーターは通常は金属の筒に包まれているので、中身は見えないが、ステッパーモーターなどは磁石のS極とN極と組み合わせが順に付いている。クリップモーターは起電力には手で軽く押すひつようがあるというけれど、コイルがそこまで円形にならなかったが、まるでブランコのように、磁石に対して反応する動きがあることで、その動きをなんとかバランスよくエネルギーを保てる方法を模索していきたい。磁界が発生すると、電気が流れるという、モーターを回転させると電気が発生するがクリップモーターでは確認できそうになさそうだ。電気を流すと天然磁石と反発して回転力が生まれる。ポンプを使った水流では循環が水漏れがなければ比較的容易に作れるが、電気だけの場合では、電流のONとOFFが切り替わる必要があるようだ。電気の交流と直流の違いは、太陽電池を電気コンロに繋いだときに、12Vの蓄電池の直流から正弦波の交流に変換する必要があった。USBの5Vは乾電池が3本分くらいで、蓄電池の半分弱くらい、その電気でできることを見つけて、デジタルとアナログの調和を図っていき、いままでコツが必要だった分野を開拓していければと思う。 b

エナメル線と透明なケース

丸ピンヘッダーに半田付けをすれば、漏斗状のピンに半田が流れ込んで、プラスチックを溶かさずに済むと思いついた。そのような事例もあるようだけれど、スイッチサイエンスからEsp-wroom32のdeveloper boardが届き、まずは表面積がスリムで半田付けがしやすいピンヘッダをつける、Esp-wroom02のときは、できるだけ足を少なくしてフリスクのケースに収まるようにしたものの、ピン数が多く、DevKitCとも配置が異なっていた。プログラムはそのままコンパイルできて、ブラウザに操作パネルは表示されている。プラスチックケースの横幅ギリギリではあるものの、半田ごてでプラスチックを溶かせば、アンテナ部分が飛び出るくらいで、micro-USBも使えそうだ。GPSのシリアル通信のピンがDevKitCと同じかどうかを試してみる必要がある。

プラスチックケースは比較的横幅が大きめではあるものの、パーマセルテープ で直線上に半田でなぞってプラスチックを溶かした、縦の部分は手の動きをなるべく平らをイメージして溶かしていると、ほぼ歪みがない形になった。基盤とケースにスペースがあるので、M3のネジ穴をつけてヒートシンクを貼り付けてraspberryPiの形に揃えてみようと思う。raspberryPiでもUSBポートと LANポートがそれぞれ基盤にダイナミックに付いており、ただコンパクトにしたような設計だけではないようだ。本来は3Dプリンターでぴったりのケースを作るところだけれど、あり合わせの素材を組み合わせて、ひと味違った用途で活用することにも意味がある。

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ミニディスプレイとラズベリーパイ

エナメル線を使うことで、ちぎれにくくまた、手や風で向きを変えることができる。ポーチサイズのソーラーパネルのうち片方をエナメル線にして、またリチウムイオンバッテリーのコントローラーを交換してみると、だんだんと陽の光を受けて電池に容量が貯まり、3.5vくらいになった。接触があまり良くなかったものが改善された。ベランダのポンプでは、ダイヤフラムポンプを水汲みに使っていたものの、トランジスタの不調によって動きが不安定になっていた。配線は間違っておらずボタンを押したタイミングで電流が流れる。一時的にモバイルバッテリーから5vの電気を流すと、動作が再開してそのあと数時間立ってボタンを押すと想定した動きになるものの、さらに2日くらい経つとまたトランジスタとモーターが連動しなくなっていた。パーツショップで比較的容量の大きいトランジスタに変えても改善されず、植木鉢のローズマリーは水タンクの毛細管現象で水を供給していることもあり、ポンプの部分のコードをコメントアウトしてICチップを更新して、ダイヤフラムポンプをベランダから元に戻すことにした。ICチップを更新するのは数ヶ月ぶりで、嬉々としてセラロックを使っていたことが記憶に新しい。セラロックには3本の足があるが、向きはどちらでも良いようで、その部分は故障していなかった。

年末に家族のためにドローンのモーターを使ったオモチャを持っていったものの、光る事とプロペラの音が大きいことが家族をびっくりさせてあまり反応は良くなかった。対象年齢が6歳だったので比較的子供にも動かせると思った、もう一つ8歳向けにドローンにセーフティネットが付いたものがあったけれど、そっちの方が現実的だったかもしれない。僕らが子供の頃にはファミコンしかなかったので、アスレチック的な冒険から追体験しようと思った。次の世代になると子供の頃にすでにスーパーファミコンがあり、映像もキャラクターやシステムが一通り揃っており、それをよりドラマチックかコントローラブルに演出することで付加価値をつけようとしているようだ。

僕はせっかくなので、マイコンで自走するキャタピラができれば、自分で自転車や車を持っていないけれど、乗り物をシュミレートすることで仕組みを理解しようと試みようと思う。ミニオンズのキャラクターを象ったモービルにはマイコンにプリインストールされているスクラッチのようなプログラムが用意されていた。僕が子供の頃からシステムやデータベースは存在していたが、そこに双方向的にアクセスしたり、なにか能動的な提案をするパソコンはまだなく、インターネットも民間での流通は限られていた。今ではパソコンとインターネットが普及しているのでその意味を理解するように、ラズベリーパイで、キーボードとディスプレイを連携させて言葉をテキストにしたり、画像を映像にしたりということを再現してみようと思った。最近はデスクトップでなくノートパソコンにしており、外部ディスプレイがなかった、とはいえディスプレイであまり大きくてもかさばってしまうので、ラズベリーパイ用のディスプレイのHDMIケーブルにmacbookを繋げると小さなデュアルディスプレイになった。その上で、外部ディスプレイに映像を映したまま、macbookの蓋を閉じると、外部ディスプレイがフォトフレームになる。

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